Complementarity of multiple in-situ techniques for spatiotemporal assessment of groundwater/surface-water exchanges

Fakhari, Milad ORCID: https://orcid.org/0009-0007-1287-7183; Raymond, Jasmin ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7486-9185; Martel, Richard ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4219-5582; Klepikova, Maria et Bour, Olivier (2025). Complementarity of multiple in-situ techniques for spatiotemporal assessment of groundwater/surface-water exchanges Hydrogeology Journal , vol. 33 , nº 1. pp. 219-235. DOI: 10.1007/s10040-024-02861-4.

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Résumé

L’hétérogénéité des matériaux géologiques d’un au site joue un rôle crucial dans l’interaction entre les eaux souterraines (ESO) et les eaux de surface (ESU), en particulier dans les écosystèmes sensibles à l’afflux d’eaux souterraines; par exemple, les habitats des salmonidés sont influencés par l’apport localisé d’eaux souterraines dans les cours d’eau. Bien que de nombreuses méthodes soient apparues pour mieux comprendre les mécanismes régissant l’interaction entre ESO et ESU, peu d’études comparent directement ces méthodes. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer les forces et les limites d’une méthode innovante de traçage thermique actif pour quantifier le rôle de l’hétérogénéité du lit de la rivière sur les échanges entre ESO et ESU. Cette méthode a été comparée à plusieurs techniques établies telles que les compteurs d’infiltration, les piézomètres et le traçage thermique passif sur un site de la rivière Sainte-Marguerite au Québec, Canada. La variation spatiale mesurée des taux d’échange due à la présence d’un banc de sable avec des matériaux grossiers s’est révélée statistiquement significative. En outre, l’analyse temporelle a permis d’identifier les variations du flux d’ESO, même pendant la saison froide, lorsque le flux d’ESO était censé être limité en raison du gel du sol et de la faible infiltration à partir de la surface du sol recouvert de neige. Les compteurs d’infiltration et le traçage thermique actif ont permis une analyse spatiale de l’interaction ESO–ESU, tandis que les piézomètres avec enregistreurs de niveau d’eau et le traçage thermique passif avec des capteurs de température installés dans le lit de la rivière ont permis d’identifier les variations temporelles des taux d’échange ESO–ESU. La combinaison de capteurs de température et d’un câble chauffant a été utilisée pour la première fois comme outil de traçage thermique actif et a montré un bon potentiel pour évaluer les propriétés thermiques du lit de la rivière et les taux d’infiltration de ESO dans la rivière.

ABSTRACT
Site-specific heterogeneity in geological materials plays a crucial role in groundwater (GW) and surface water (SW) interaction, especially in ecosystems sensitive to groundwater influx; for example, salmonid habitats are influenced by localized GW input to streams. While numerous methods have emerged to better understand mechanisms governing GW–SW interaction, few studies compare these methods directly. Therefore, the objective of this study is to evaluate the strengths and limitations of an innovative active heat tracing method to quantify the role of riverbed heterogeneity on GW–SW exchanges. This method was compared with several established techniques such as seepage meters, piezometers, and passive heat tracing at a field site on the Sainte-Marguerite River in Quebec, Canada. The measured spatial variation of the exchange rates due to the presence of a sandbar with coarse materials was shown to be statistically significant. Additionally, temporal analysis helped to identify variations of GW flux even during the cold season when GW flux was expected to be limited due to frozen ground and low infiltration from the snow-covered ground surface. Seepage meters and active heat tracing allowed for spatial analysis of GW–SW interaction, while piezometers with water level loggers and passive heat tracing with installed temperature sensors in the riverbed were convenient for identifying temporal variation of GW–SW exchange rates. The combination of temperature sensors and a heating cable was used for the first time as a tool for active heat tracing and showed good potential to evaluate riverbed thermal properties and GW seepage rates in the river.

Type de document:	Article
Mots-clés libres:	groundwater/surface-water relations; equipment/field techniques; heat tracing; heterogeneity; Canada
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	07 mars 2025 19:39
Dernière modification:	07 mars 2025 19:39
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16321

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